结构按极限状态法设计计算的原则

第二章

结构按极限状态法

设计计算的原则混凝土结构设计理论的发展以弹性理论为基础，我国1985年以前采用此方法。考虑材料的塑性破坏将破坏阶段法的单一的安全系数改为分项安全系数，即为荷载系数，材料系数，工作条件系数。1、容许应力法2、破坏阶段法3、极限状态法4、以可靠性为基础的概率极限状态设计法★我国现行公路工程设计的总原则★概率设计按精确程度可分三个水准：半概率近似概率（我国）全概率最优失效概率经过大量的试验，用统计方法确定各个变量的规律，确定结构的失效概率，来度量结构的可靠性，用：

结构的可靠性理论作为基础的概率极限状态设计法作为现行公路工程设计的总原则。第一节概率极限状态法设计的基本概念一、结构的可靠性与可靠度任何一个建筑物在规定的使用期限内都应满足安全、适用、耐久三个方面的功能要求：（一）安全性：在正常施工和正常使用条件下，承受可能出现的各种功能的能力，以及各种偶然事件发生时和发生后，仍能保持必要的整体性而不至倒塌的能力。（二）适用性：结构在正常使用条件下具有良好工作的性能。（三）耐久性：结构在正常维护条件下，随时间变化仍能满足功能要求的能力。

安全性、适用性、耐久性这三者可以统称为结构的可靠性（Reliability），即：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。可靠性用可靠度（Degree

of

Reliability），来进行数量描述，即：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。规定庸的时梦间一假般是静指设丸计基胜准期架，我就国现肢行公与路桥急规规乖定桥加梁的呢设计酸基准期（De莫si躺gn访R违ef类er药en轮ce倘P棚er膀io雪d）为10纸0年。规定锤的条危件一闸般是舟指正要常设登计、羡正常沫施工相和正易常使尖用条阁件。二、亿结构吃的极捷限状总态（St雀ru羡ct粮ua混l滔Li腊mi滥t锐St背at继e）结构责或构龟件能始够满玻足设奔计规唉定的舰某一蔽功能室要求战的一痒种特茶定临缓界状殿态。极限谨状态直主要强分为尤两类惕：1、承宫载能听力极孙限状恒态（Ul传ti栏ma恰te姐L戒im苏it非S帜ta母te）2、正掉常使优用极改限状驼态（Se泼rv而ic缸ea被bi翼li静ty堆L爷im油it泻S萝ta决te）1、承冲载能诊力极萄限状罚态：结构极或构落件达料到最肤大承久载力茅、出姿现疲杨劳破勺坏或施不适恐于继迫续承愉载的元变形毛。主要且表现勾：（1）剪构件阵或连凉接的高材料伤强度屡超过叶破坏施，过向度塑拼性变馅形；（2）雅整个腾结构肺或其巾部分叼作为痰刚体历失衡图，如胞侧移首、倾剩覆等呜；（3）辆结构贩体系香变为丑机动腥体系来；（4）冤结构蕉或构冷件失更稳，群如压修屈等主。2、正叶常使拉用极度限状蛮态：结构她或构屋件达妙到正讯常使涝用或恳耐久孤性能蜜的某屯项规溪定限礼值。主要穷表现公：（1）剖影响总正常灯使用捏或外煮观的禁变形疾；（2）许影响倦正常虏使用唇或耐凉久性撑的局缘瑞部损学坏（混包括欣裂缝抄）；（3）庙影响液正常拳使用宴的震跪动；（4）月影响絮正常为使用府的其孙它状矛态，倒如渗嘴漏、鞭腐蚀嫩、冻碍害等兵。★设虚计时景是先轰按承戒载能尤力极晚限状猴态设泼计构主件，齿再按遥正常雕使用棵极限龄状态赚进行钩验算挠。穷★三、纲结构同的抗最力以淋及功师能函血数1、结易构的纸抗力险（Re洒si处st矩an纹ce）结构据或构锁件承胳受作效用效视应的唇能力贤。2、结串构的箭功能连函数贤（Fu香nc洒ti南on）若R为结刮构抗讲力，S为作凡用效袖应，讯则功擦能函夹数Z=誓g（R、S）。Z奶=衬R止–倒S，就闸是最简种单的述功能用函数有，随条件底的变箱化，Z有三誉种可能割性：（1）Z=盏R-介S>餐0，结多构抗伐力大沿于作害用效匪应，本即结籍构可减靠；（2）Z=研R-烤S<福0，结捐构抗睬力小斗于作钢用效蛛应，戒即结垒构失栏效；（3）Z=晶R-困S=页0，结殖构抗巴力等间于作娃用效查应，程即处仅于极尺限状杯态。因此凳可以侧看出枝，结京构安称全可剪靠的滚基本徒条件法是：Z≥0或R≥S。第二绘节怕我韵国现驼行公始路桥铅规的怎计算湾原则一、石三种字设计欺状况1、持久松状况，对戚应桥级梁的畅使用建阶段银，进习行承鸦载能胡力极逗限状花态和撇正常塞使用干极限怕状态哭的计拨算；2、短暂购状况，对禁应桥乳梁的征施工舒阶段汽，一般只进喂行承普载能愁力极照限状碧态的俘计算蛮；3、偶然侵状况，对祸于桥非梁在汗使用蜓过程周中可浇能出细现的遭偶然汉状况仰，如叙地震棋等，独其出督现概胞率极绿小，踪蝶持续顽时间驱短，破只需绣进行贴承载舞能力德极限告状态签的计姜算。二、快承载愤能力查极限惠状态很计算积表达缸式1、结断构的设重要供性系迎数γ0公路陈桥规驴按不鸽同的扭安全灰等级徐进行腹设计劝，以厅体现势不同寇情况伟桥涵挣的可哭靠度屡差异勇，如歪表：安全等级破坏后果桥涵类型结构重要性系数γ0一级很严重特大桥、重要大桥1.1二级严重大桥、中桥、重要小桥1.0三级不严重小桥、涵洞0.9公路肝桥涵氧结构胶的安扬全等暂级2、承决载能耐力极俩限状总态计肺算表雅达式γ0——结构员重要征性系局数，纸对结害构安坟全等桂级分膏为一烘、二瓶、三赌级，亭分取1.圣1、1.求0、0.叶9；Sd——承载索能力汁极限朋状态行设计酿的荷凭载效谅应组绑合（昏即作呜用效乳应）铲的设愉计值狭；R——结构净构件葡的承耕载力姜（即耗抗力香）设质计值筝；R(耻)—吃—结构彻构件种的承懂载力赵函数趣；fd——分别摄为混辨凝土谢、钢萌筋的棒强度存设计刑值；ad——几何歌参数烛标准恐值，盒当几华何参柄数的盲变异劈燕性对颈结构谋性能坝有明膜显不漆利的蹲影响骂时，透可另涌增减拼一个动附加夏值。2、承筛载能伏力极衰限状宫态计西算表燥达式二、持久保状况正常肺使用绒极限骆状态属设计蓄表达恰式按正屯常使佳用极恳限状盯态设宫计时泪，应伴验算圆结构长构件烫的应力粉、变棒形、躺抗裂忽度或裂缝边宽度美。由于命结构偶构件仓达到新或超徐过正层常使贡用极捆限状炼态时牧，其袖危害鸡程度增上不壳足以赴引起钟结构露大规激模的愧破坏绿，因银此对暗它的始可靠眯度，店设计激时应慨该适材当的相降低创。按正肠常使管用极换限状昨态设原计时过，采泪用下宏列极狂限状键态表荐达式有：C1——结构并构件屿达到耻正常可使用椒要求慌所规奶定的狐限值崭，例涉如变缺形、喉裂缝贵等限折值；S告——正常壁使用垄极限获状态兰荷载肉效应遵（变煤形、匆裂缝阶等）厉组合泡。S≤C1第三猜节智材汪料强解度的全取值一、印材料巾强度乐指标或的取阁值原今则1、材搜料性烂能标锐准值fk（Ch劲ar抹ac驱te然ri且st蛙ic尘V舌al卵ue）材料跟性能士标准差值是蔬极限壶状态个设计酬表达湖式中苹所取铃材料捡性能连的基妈本代蚀表值等。由于理材料析的离配散性垃，同质一等柳级的较混凝华土的口实际澡强度掉并不代完全加一致领，它艳构成忌一种喝分布——正态例分布达（如监下图站），职可有爱两个怒特征欲值——平均软值μf和标早准差σf来确荡定反恰映其挨分布点特性炎。混凝播土强竖度标值准值柴取实信测值网概率般分布0.颜05分位啄数确茧定。东可用蹦下式伏表达怕：fk——材料菌强度铸标准武值；μf——材料疑强度课统计草平均泰值；σf——材料科强度蹦标准鸟差；δf——材料山强度航变异桂系数伐，δf=惹σf/μf。γfc——材料猎分项盲系数皆根据选经验教取值打，规陆范中训混凝副土取1.农45。2、材缓料强谢度的牛设计尊值fd（De舟si率gn愿V拾al洞ue）材料次强度欢的设钉计值修是材她料标谢准强番度除改以材惰料性丑能的徒分项际系数具后的色值，电如下树：二、贯混凝寄土强型度标剖准值允和强绸度设示计值1、混悼凝土打立方仔体抗庸压强虚度标再准值fcu余,k混凝丢土立顶方体欺抗压亚强度容标准兴值是滨区分送混凝杨土强蓄度等兼级的损标准辟。《公路倾桥规》将混速凝土衡强度侦等级乎按fcu翻,k共分赠为14级，C1挽5～C8群0，等塑级差师为5M森Pa。《公路燃桥规》规定长受力负构件宵的混圾凝土呆强度羽等级纤应按及下列克规定枕采用齐：（1）钢携筋混导凝土旅构件描不应扎低于C2侍0，用HR小B4旱00、KL蕉40粪0级钢毕筋配床筋时筐，不唐应低差于C2净5；（2）预潮应力港混凝设土构煎件不莫应低感于C4尸0。混凝教土的园强度却等级C是衡万量混仿凝土嫌质量差好坏炸的重帜要标央志;但因馅为混辣凝土诊的形饱状和龄受力堆特性沿与实移际结仁构构验件都轿不同拘，因份此混延凝土障的强训度等浴级一桂般不偿直接浮参与剧计算宽。所以侦要用读混凝厉土的故其他咐强度古指标拴，如混凝锹土的劳轴心腿抗压狡强度拘标准少值fck和轴猪心抗份拉强厘度标愚准值ftk等。2、混醒凝土兄轴心蜡抗压潜强度纸标准领值fck和轴懂心抗茶拉强袖度标男准值ftk（1）原混凝妖土轴仰心抗养压强渠度标俯准值fckC5少0以下本混凝鲜土αc1=0向.7授6，C5纲0～C8拐0取0.麻76～0.踩82。（2）抚混凝悔土轴采心抗感拉强直度标卖准值ftk3、混愧凝土赠轴心摆抗压咱强度萍设计鞠值fcd和轴垃心抗坛拉强盛度设饱计值ftd前面挺提到拴混凝风土材强料分功项系叛数γfc取1.员45，接评近按盏二级数安全急等级缴结构胸分析趟的脆虑性破京坏构达件目何标可受靠指借标的洞要求爪。三、坛钢筋妖强度农标准日值fsk和强焦度设挡计值fsd国标掩中规辱定的葛标准键保证绞率不恶低于95追%。规范伏规定取：1、对雹热轧缸钢筋皆和精当轧螺库纹钢控筋的评材料划性能驻分项望系数撒取1.孕2；2、对响钢绞后线、升钢丝驴等取1.产47，可锣得钢到筋的那抗拉建强度博设计揉值。注意:钢筋毯抗压并强度叉设计肚值fsd’须用拼弹性裤模量纳乘以节极限剑压应写变0.仗00嗓2，且易不得津大于忧其抗旗拉强扁度设撞计值fsd，即即：或第四辅节粮作添用、昏作用矩的代燃表值兴和作用羊效应血组合一、作用踪蝶（Ac设ti茶on）分给类：按时馒间的劝变异蔬分类住：（1）永久宅作用滚：指在到设计腹基准贵期内磨，其筹值不源随时后间变穗化或尾变化啄可以逮忽略手不计仪，包历括结丝式构自撑重、贼土压宽力，肾预加茅力、恢基础辨沉降盘、焊刮接等杠。（2）可变兼作用广：指在暖设计裁基准劈燕期内夕，其栗值随邮时间适变化宿或变炼化不倚可以抵忽略插不计执的作鸡用，梢包括搂安装猎荷载篇、人愈群荷啄载、可风、株雪，储温度河变化单等。（3）偶然切作用颂：指在傅设计侦基准藏期内顺，不史一定箭出现为，一粘旦出缎现量弟值又徒很大卧，持庸续时初间很胳短的躲作用忌，包乔括地逢震、兽爆破老、撞组击等舟。作用股分类编号作用分类作用名称1永久作用（恒载DL）结构重力（包括结构附加重力）2预加力3土的重力4土侧压力5混凝土收缩及徐变作用6水的浮力7基础变位作用编号作用分类作用名称8可变作用（活载LL）汽车荷载9汽车冲击力10汽车离心力11汽车引起的土侧压力12人群荷载13汽车制动力14风力15流水压力16冰压力17温度作用（均匀温度和梯度温度）18支座摩阻力19偶然作用AL地震作用20船舶或漂流物的撞击作用21汽车撞击作用二、衰作用劫的代僻表值“作诉用代号表值炸”是纤在实嫩用的埋极限饼状态滨设计种表达贿式中妻所采言用的挺荷载早规定坑值。公路应桥规脆中规损定设材计须句考虑钩的最校常见蚂的三省种作勺用代中表值联：作瘦用标躁准值辛，作译用准赴永久客值，池作用祸频遇虹值。（一理）磁作希用的冠标准张值是指感在结筝构的闪使用范期间酱，各矩种作摸用的亭基本去代表仪值，皇所以缓可由思设计扶基准固期荷拣载最锻大值森概率黑分布粒的某该一分鲁位值量来确裹定。永久爷作用洽采用尚标准须值作工为代贺表值篇。（二故）站可变第作用号频遇论值在设荷计基踢准期蝇间，洞可变屯作用酿超越胆的总窑时间箱为规吨定的端较小坚比率崭或超蚕越次吵数为漠规定楚次数灿的作畏用值搜。简公言之袖就是其指结租构上磁频繁工出现弓且量惜值较兰大的脾荷载蔽作用趟取值束。正常盯使用紫极限伪状态释按短谅期效躺应（际频遇鼻）组筒合设南计时农，采挠用频遇蔽值作值为可朴变作寻用的诵代表副值，采用油标准珍值乘珍以频抓遇值乔系数ψ1表示脖。（三麻）控可变绩作用岸准永守久值在设明计基耍准期甚间，糕可变姐作用辅超越轰的总河时间未为设揭计基与准期狸一半援的作桃用值浊。简闸言之或就是至指结胃构上照经常加出现诸且量鸣值较颗小的外荷载伴作用午取值柔。正常践使用勺极限番状态半按长促期效孕应（留准永铸久）筝组合冈设计乳时，卖采用疮准永献久值辱作为赶可变半作用忆的代出表值善，采真用标湿准值承乘以婚准永雄久值魄系数ψ2表示世。实际飘上是政考虑码可变犯作用首的长逝期效织应而拍对标饱准值透的折凉减。三、坑作用教效应坡组合出（Co姑mb妙in决at酱io梁n秤fo费r篮Ac杨ti误on北E扎ff路ec禽ts）1、承炊载能声力极墨限状金态计财算时支作用为效应俗组合此时套结构络应按元作用蛇效应春的基映本组松合进缺行计涌算，锈必要圾时还散要考聚虑到白偶然俗作用狗。1、不专考虑边偶然文作用守的称虑为“基本托组合”（Fu拖nd嫁er支me竟nt植al御C将om哲bi走na赔ti汗on球f健or钩A沉ct枯io辟n厕Ef锅fe排ct也s）鸽；2、考疯虑偶甲然作腔用的稻称为“偶然慢组合”（Ac扮ci食de戒nt蔑al马C娘om冶bi渔na嘉ti帽on例f北or剩A扰ct冬io决n管Ef坝fe墨ct热s）忘。基本艇组合的内似力组颂合设早计值扮按下蛋式计芬算：永久诞作用朱效应递分项商系数汽车偷荷载夜效应武分项萝系数2、正宇常使构用极切限状匆态计醒算时熄作用酿效应摘组合在计消算正泪常使鸭用极热限状霜态的更荷载捉效应核组合妹值S时，访需要出首先偶确定厕荷载美效应曲的标者准组洒合和拍准永枕久组烫合。荷载开效应次的标刮准组京合（规短期钥效应恋）和列准永废久组项合（腿长期找效应车）应免按下玻列规久定计佳算：（1）刻作用欺短期初效应棵组合尤（Co恋mb拒in窝at该io米n忙fo宾r葛Sh矮or朵t-秆te解rm胆A缝ct竖io氧n仅Ef损fe婶ct葡s）刊：（2）念作用土长期岛效应稿组合俗（Co掌mb悔in修at群io伟n退fo每r尽Lo奋ng盗-t泡er专m胶Ac蓄ti崖on描E蜂ff顷ec杂ts）:可变瓦作用计频遇俯值可变求作用杜准永孩久值[例1]钢筋乳混凝螺土简终支梁喊桥主足梁在叶结构雀重力停、汽显车荷塌载和悟人群斯荷载调作用粒下，似分别剩得到预在主拉梁的1/部4跨径榨处截师面的岔弯矩民标准脑值为淡：结构角重力防产生兆的弯头矩MGk=娱55游2k委N·m；汽宜车荷志载弯索矩MQ1岛k=锡45来9.益7k律N·m（已或计入滤冲击霸系数茂）俯；人榴群荷烂载弯况矩MQ2春k=险40倚.6猜kN·m。进被行设溉计时撇的作扑用效廉应组减合计败算。解